Pirólise Catalítica de Polipropileno Pós-Consumo Utilizando Zeólitas Ferrierita

Resumo

A valorização de resíduos plásticos por pirólise se destaca por sua alta eficiência para obter hidrocarbonetos e baixo custo de produção (Su et al., 2022). A pirólise catalítica com zeólitas como a ferrierita otimiza o processo, devido à alta porosidade e acidez destes materiais, promovendo o craqueamento de polímeros em combustíveis e outros produtos de valor comercial. No entanto, a formação de coque pode reduzir a eficiência catalítica, obstruindo os poros da ferrierita, problema que pode ser mitigado com a criação de estruturas hierarquizadas (micro-mesoporosas) via desilicação, melhorando assim a difusão de partículas e a atividade catalítica. O objetivo deste estudo é avaliar a pirólise de polipropileno (PP) pós-consumo em presença de zeólitas do tipo ferrierita e a influência da hierarquização nos produtos de pirólise. A síntese das zeólitas seguiu o método de Smith, Dewing e Dwyer (1989), utilizando silicato de sódio, sulfato de alumínio, piridina como direcionador de estrutura, ácido sulfúrico para ajuste de pH e água destilada. Os reagentes foram misturados para formar um gel com composição molar específica e submetidos a 170 °C por 24 horas em um reator de aço inoxidável. O sólido foi separado, lavado e calcinado para remover o direcionador de estrutura, e a zeólita foi convertida à forma ácida por troca iônica com solução de nitrato de amônio, seguida de calcinação (FER). O tratamento alcalino pós-síntese para gerar mesoporos, baseado em Bonilla, Baudouin e Pérez-Ramírez (2009), envolveu desilicação da ferrierita com solução de hidróxido de sódio, seguida de lavagem, secagem, troca iônica e calcinação, resultando no material FER/deSi. Os materiais foram caracterizados por EDX, DRX, Adsorção-dessorção de Nitrogênio e NH₃-TPD. Os difratogramas de Raios-X confirmaram a formação da fase ferrierita (FER). As isotermas de adsorção-dessorção de nitrogênio mostraram que FER exibe uma isoterma tipo I, típica de materiais microporosos, e FER/deSi apresentou isoterma tipo IV, com laço de histerese, indicativo de um sistema micro-mesoporoso. O tratamento pós-síntese aumentou a área superficial externa (A_Ext) e o volume total (V_Total), além de elevar o volume de mesoporos (V_Meso) de 0,04 para 0,32 cm³·g⁻¹. As pirólises foram realizadas em um microrreator acoplado ao sistema GC-MS a 500°C, com um tempo de retenção dos gases de 6 segundos. Cada experimento utilizou 150 μg de pó de PP, com uma relação catalisador:PP de 1:1. Tanto a pirólise do PP puro quanto a com catalisadores produziram mais de 84% de hidrocarbonetos. Com o catalisador FER/deSi, 46,7% dos hidrocarbonetos estavam na faixa de carbonos da gasolina (C5 – C10), enquanto o FER gerou 40,8% e a pirólise sem catalisador resultou em 38,5%. A pirólise catalítica de PP com zeólitas, especialmente FER/deSi, mostra-se promissora para reciclagem química, maximizando a produção de hidrocarbonetos na faixa da gasolina.